黄酒酿造过程微生物

黄酒是我国的民族特产,亦是世界三大古酒之一,因其酒体柔和,香气宜人,口感醇厚,营养丰富而深受消费者喜爱。

黄酒是以谷物类粮食(糯米、粳米、籼米等)为原料,加入富含微生物的酒药、麦曲等混合发酵而成的酿造酒。

黄酒的独特风味是由味道和香气决定的。

黄酒之味来源于酒体中糖、有机酸、氨基酸等物质;黄酒之香气来源于原料香、发酵香和陈酿香。

原料香指黄酒酿造原料(粮食、麦曲、浆水等)自身所带的香气物质随酿造过程带入发酵醪液中;陈酿香指黄酒在陈化过程中经物理化学变化形成的香气物质;发酵香是黄酒风味物质产生的最重要的途径,它们由发酵过程中微生物利用酒醪原料代谢生成。

由于黄酒中大多数风味物质都是通过微生物的代谢作用而产生,微生物的种类及数量对于黄酒的风格起到决定性作用。

黄酒是典型的利用麦曲作为糖化剂,酒药作为糖化发酵剂,以及酒母作为酵母发酵剂进行酿造的酒体。

通常黄酒酿造,都是利用富含大量微生物(主要是酵母和霉菌、其余是细菌)的酒药以及麦曲发酵使黄酒中大量微生物生长繁殖并进行发酵。

黄酒酿造过程包括筛米、浸米、蒸饭、落缸、前酵、后酵、压榨、煎酒和贮存等诸多环节。

其中整个酿造过程中的细菌和真菌,尤其是丝状真菌和酵母,对于黄酒的品质起着至关重要的作用,因为他们参与黄酒酿造过程中的糖化、液化、酒精发酵和风味形成。

1黄酒的原料黄酒风味特征的形成与原料的处理密不可分,其中原料处理主要有浸米、蒸煮、淋水3个步骤。

浸米是黄酒酿造的重要工艺过程之一,其主要目的为便于蒸煮、保障发酵顺利进行和风味贡献3个方面。

浸米不仅能使大米吸水膨胀便于蒸煮,而且产酸菌会利用大米的水溶性营养物质迅速繁殖,代谢产生大量乳酸等酸类物质,使大米酸化,进而降低前酵醪的pH值,这能抑制杂菌的生长,保障发酵安全顺利进行;另外,浸米过程中自然滋生的乳酸菌的多种代谢产物,如乳酸、乙酸等有机酸及乳酸乙酯等酯类物质,对于黄酒风味和品质也有重要影响。

在现代分子生物技术普及之前,通常采用传统培养的方法去检测微生物群落结构,先前大多数关于微生物的组成对黄酒品质影响的研究都是在平板培养方法的基础上进行。

有人利用传统平板培养的方法分析了黄酒浸米水中的微生物群落结构,结果表明乳酸杆菌为主要微生物。

传统平板培养的一个显著的优点是能收集纯培养物,这些纯培养物可用于进一步选择合适的菌株来设计能够提供有益效果的混合发酵剂,这对黄酒的品质有很好的作用。

但传统方法也有一定的缺点,主要体现在工作量大,而且传统培养只适用于真菌和少量细菌,一些重要的微生物物种由于不可培养,从而难以建立在黄酒酿造过程中存在的微生物群落的全貌。

随着分子生物学技术的迅速发展,利用测序技术进行微生物的分析检测已经非常成熟,这种技术不仅避开了传统培养法的缺点,而且大大节约了实验成本,提高了实验效率。

利用高通量测序技术分析了浸米过程中的微生物群落结构,结果表明乳酸菌属(Lactobacillus)、片球菌属(Pediococcus claussen)、醋酸菌属(Acetobacter)、不动杆菌属(Acinetobacter)为浸米水中主要微生物。

其中乳酸菌属(Lactobacillus)含量最多,约占百分之六十。

浸米水中乳酸菌有乳杆菌属(Lactobacillus)、片球菌属(Pediococcus)、乳球菌属(Lactococcus)、明串珠菌属(Leuconstoc)、魏斯氏菌属(Weissella)、四联球菌属(Tetragenococcus)、链球菌属(Streptococcus)等,其中乳杆菌属含量占乳酸菌的90%。

浸米过程中的大量乳酸菌对黄酒的最大贡献是“以酸制酸”确保发酵顺利以及“无酸不成味”产生各种有机酸丰富黄酒风味。

乳酸菌不仅会分解淀粉、糊精为糖,分解胨、多肽为氨基酸,供给酵母发酵产酒精,继续推动发酵作用的进行。

乳酸菌还会自溶分解为多肽、少量氨基酸和其他成分,促进黄酒的呈香呈味,增强黄酒口味的丰满性和浓厚感。

浸米所得的酸浆水在发酵时还可作配料,一方面使在黄酒发酵初期就形成一定的酸度,抑制杂菌生长;另一方面溶解在酸浆水中的氨基酸、生长素等成分为酵母的生长繁殖提供良好营养,而且酸浆水中的有机酸等有益成分会参与发酵、贮存等,促进黄酒形成良好风味。

2麦曲麦曲是黄酒酿造中使用的原料,它由原麦自发发酵而成,包含各种酶,包括糖化酶、淀粉酶、葡糖淀粉酶和蛋白酶等。

麦曲是黄酒中重要的糖化剂,它不仅负责淀粉的糖化,也对黄酒风味的形成起着重要作用,而且它本身含有丰富的微生物会在发酵液中发酵,这是黄酒发酵微生物的重要来源,在很大程度上决定了黄酒的品质。

黄酒麦曲中通常含有霉菌、细菌以及少量酵母菌等微生物,而由于微生物之间存在共生、互生等相互作用,在经过千百年的驯化,使得麦曲逐渐形成了一个异常复杂并与环境相适应的微生物区系,在发酵过程中发挥重要作用,并很大程度上决定了黄酒的风味、口感。

麦曲投料后微生物与发酵液中相互作用,对形成黄酒独特风味起到重要的作用。

麦曲中含有的霉菌,譬如根霉、毛霉、米曲霉以及少量的黑曲霉和青霉,这些真菌会产生大量的酶促使淀粉转化为糖,经过漫长的发酵过程后这些糖类会部分残留下来,残留下来的糖主要是葡萄糖,还有少量的麦芽糖和糊精,它们共同赋予了酒体甜味和粘稠感。

而剩余的糖会经过糖酵解反应生成丙酮酸,之后经过三羧酸循环产生有机酸,其中主要的有机酸是琥珀酸和延胡索酸,它们构成了黄酒浓厚的鲜酸味。

而糖也会经过酵母代谢生成乙酸等挥发性的酸增加酒体的浓厚感,乙酸也会与相应的醇反应生成酯,形成黄酒浓郁的酯香。

3酒药微生物群酒药或称小曲、白药、酒饼,在我国南方地区,以酒药来酿制黄酒和小曲白酒十分普遍。

作为我国独特的酿酒用糖化发酵剂,酒药兼具有糖化和发酵的双边作用,它更被称之为真正意义上的发酵剂,赋予黄酒独特的色、香、味。

传统酒药在制作时,采用世代相传的陈药接种技术,通过年复一年的选育和自然淘汰,质量优良的菌种延续保留下来。

黄酒酿造过程中,酒药不仅是发酵重要的动力源,更是酿酒微生物的载体,它通过自然发酵培养而成,含多种酿酒微生物共生于一体,这些微生物经过千百年的驯化,逐渐形成了一个与环境相适应的且异常复杂的微生物区系,是酿酒微生物资源的宝库。

黄酒酒药中的微生物主要包括霉菌、酵母和细菌。

霉菌主要有根霉、黄曲霉(Aspergillusflavus)、黑曲霉(Aspergillusniger)、毛霉(mucor)、犁头霉和青霉(Penicillium)等;酵母菌有拟内孢霉属酵母(Endomycopsis)、汉逊氏酵母属酵母(Hansenula)、酿酒酵母属酵母(Saccharomyces)、假丝酵母属酵母(Candida)、毕赤氏酵母属酵母(Pichia)和红酵母属酵母(Rhodotorula)等;细菌主要包括乳酸菌(乳酸球菌、乳酸杆菌)、丁酸菌(Clostridium)、醋酸菌(Acetobacter)、芽孢杆菌等。

酒药中的酿酒酵母是黄酒发酵过程中的主要微生物。

黄酒的质量与发酵中使用的酵母菌株密切相关。

酵母在发酵过程中除了主要生产乙醇和二氧化碳外,也产生许多风味化合物,极大地影响了黄酒的香气和味道特征。

这也是酒药影响黄酒风味的一大因素。

研究表明,在酵母发酵过程中形成了对风味有贡献的主要化合物,其中主要是高级醇、酯和挥发酸,以及一些羰基化合物、硫化合物、酚、内酯、呋喃和含氮化合物等酵母代谢产物。

Lappe-Oliveras等也研究发现,酵母属真菌除了能利用葡萄糖、果糖、蔗糖等进行酒精发酵之外,还能产生许多功能性成分(氨基酸和维生素等),以及重要的挥发性风味物质,这对酒体风格的形成有显著的促进作用。

3黄酒酿造过程中微生物群落变化传统黄酒的酿造使用开放式的发酵罐和陶罐。

在这种情况下,淀粉糖化和糖的发酵同时进行,这被认为是同步糖化和发酵。

黄酒发酵过程有3个阶段,前发酵、主发酵以及后发酵。

前发酵过程是指在麦曲和酒药投料后的十几个小时内,酒精大量生成前的酵母迅速增殖阶段;主发酵过程是酒精大量生成的阶段;而后发酵过程是最后长时间低温发酵阶段,这是形成黄酒风味物质的重要阶段。

这是由于低温条件下杂菌不易繁殖,而且低温有利于黄酒发酵过程控制合适品温,另外低温条件下酒的发酵周期长更有利于酒度增加并产生色、香、味。

由于微生物在黄酒几个发酵过程中的相互作用,因而产生了不同数量的高级醇、脂肪酸、醛、酯、酚、酮,这些都极大地影响了黄酒的风味和口感。

在黄酒发酵过程中,真菌和细菌都有不同程度的变化。

有些微生物开始发酵并产生有害的代谢产物抑制真菌的生长,譬如酵母产生酒精,曲霉菌代谢产柠檬酸等,高酒精和高有机酸的环境会使微生物生长受到抑制,从而降低群落多样性;而在发酵后期,由于低温的环境,酵母代谢缓慢,而霉菌在低温低酸环境中能够存活并产生酶降解发酵液中残余物质产生营养物质供微生物尤其是真菌生长,使得发酵醪液中真菌多样性增大。

但是细菌在发酵过程中也起到了极为重要的作用。

在发酵起始阶段,原料、酿造水、环境中会带入一部分细菌,并且发酵初期黄酒醪液中营养成分丰富,这部分细菌能够在该环境下生长;随着发酵的继续进行,酒精度的升高、氧气含量的降低以及酸度增加使不能适应该环境的微生物生长受到抑制。

在黄酒的整个酿造发酵过程中,微生物与酶共同作用并在发酵醪液中累积了糖、氨基酸等多种营养物质和多种风味物质共同构成了黄酒的色、香、味、体。

其中氨基酸味是黄酒区别其他酒类的一个特点,氨基酸具有鲜、甜、苦、涩、酸、咸等多种味感,蛋白质在微生物作用下降解产生的氨基酸对黄酒风味的影响也较大。

正是这些多种、多量、多味的氨基酸,赋予黄酒丰富的味觉层次,使黄酒具有鲜美、醇和、浓郁、柔润、协调和多滋多味的特征。

有的氨基酸呈现苦涩味,有的呈鲜酸味,尤其是还有酸中带苦、酸中带咸的、甜中带酸的等,更增加了黄酒酸味的复合味感,这也是其他酒类所没有的。

发酵过程中,原料中的脂肪部分被乳酸杆菌分解,脂肪在脂肪酶的作用下分解成甘油和脂肪酸;甘油部分留在醪液中,部分被酵母菌、乳酸杆菌继续代谢或合成其他物质;脂肪酸受微生物酶的逐步氧化作用,进一步分解为低级脂肪酸,脂肪酸与醇结合形成酯。

脂肪酸、甘油和酯是黄酒主要的风味物质。

在黄酒酿造浸米过程中的微生物主要以乳酸菌为主,麦曲主要以霉菌为主,酒药主要以酵母菌和根霉菌为主。

在整个黄酒酿造过程中霉菌先减少后增多,并在后酵过程起到产酶糖化的作用;酵母先增加后减少,并在前主酵过程中起到产酒精增强黄酒风味的作用;细菌尤其是乳酸菌在浸米及酿造过程中起到降解大分子物质的作用从而促进黄酒呈香呈味,且对有机酸的产生即黄酒酸味起到积极作用,而其余各种细菌在黄酒不同的酿造阶段相互作用并对黄酒的挥发性风味起到积极作用。

虽然机械化制酒已经成为了一种趋势,但目前仍然有一部分工厂主要还是依赖于传统的方法酿造,不仅发酵时间长,而且由于其手工操作和开放式发酵形式,导致会有各种细菌不同程度的侵入,使黄酒变质,从而会有不良风味的产生,譬如后苦味和酸败味。